电子设计大赛(模电)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,模拟电子技术,运放,滤波,直流稳压电源,模拟电子技术运放,1,v,o,+,P,N,+,V,CC,V,EE,集成电路运算放大器,v,o,+,P,N,+,V,CC,V,EE,(a),国家标准规定的符号,(b),国内外常用符号,1.,运放符号,一、运放基本知识,vo+PN+VCCVEE集成电路运算放大器vo+PN+,2,2.,电压传输特性,v,o,=,f,(,v,i,),线性区：,v,o,=,A,v,o,(,v,+,v,-,),非线性区：,v,+,v,时，,v,o,=,+,V,om,v,+,v,时，,v,o,=,+,V,om,v,+,u,时，,u,o,=+,U,o,(sat),u,+,u,时，,u,o,=,U,o,(sat),U,R,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,+,运放处于开环状态,三、电压比较器的设计 用作比较器时，运放工作,8,U,R,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,+,u,i,u,o,U,R,R,2,+,+,R,1,+,+,+,U,o,(sat),+,U,o,(sat),u,i,u,o,O,U,R,输入信号接在反相端,输入信号接在同相端,电压传输特性,U,o,(sat),+,U,o,(sat),u,i,u,o,O,U,R,阈值电压,(,门限电平,),：输出跃变所对应的输入电压。,URuouiR2+R1+uiuoURR2+,9,u,i,t,O,U,R,O,u,o,t,+,U,o,(sat),U,o,(sat),t,1,t,2,U,R,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,+,uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat,10,输出带限幅的电压比较器,设稳压管的稳定电压为,U,Z,，,忽略稳压管的正向导通压降,则,u,i,U,R,，,u,o,=,U,Z,U,Z,U,Z,u,o,R,D,Z,U,R,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,+,电压传输特性,U,o,(sat),+,U,o,(sat),u,i,u,o,O,U,R,输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为UZ，UZ UZ,11,单门限比较器的抗干扰能力,应为高电平,错误电平,单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平,12,2.,迟滞比较器（正反馈）,（,1,）,电路组成,（,2,）,门限电压,门限电压,上门限电压,下门限电压,回差电压,2.迟滞比较器（正反馈）（1）电路组成（2）门限电压门限电,13,（,3,）,传输特性,（3）传输特性,14,电子设计大赛(模电)课件,15,3.,设计步骤,（,1,）基本电压比较器设计时运放中的电阻阻值按,几千欧,几百,千欧,自行选择。,（,2,）迟滞比较器设计时自行选择一个电阻阻值，另外一个由回,差电压方程计算。,回差电压,3.设计步骤（1）基本电压比较器设计时运放中的电阻阻,16,滤波电路的设计,1.,基本概念,滤波器：是一种,选频电路,，能使有用频率信号通过而同时抑,制或衰减无用频率信号的电子装置。,滤波器,无源滤波器,：由电阻、电容和电感组成。,缺点：低频时体积大，很难做到小型化。,有源滤波器,：含有运算放大器的滤波器。,优点：体积小、效率高、频率特性好。,滤波电路的设计1.基本概念滤波器：是一种选频电路，能使有用,17,2.,分类,低通（,LPF,）,高通（,HPF,）,带通（,BPF,）,带阻（,BEF,）,全通（,APF,）,2.分类低通（LPF）高通（HPF）带通（BPF）带阻（B,18,3.,有源低通滤波电路,u,i,u,o,R,F,u,C,C,R,+,+,R,1,+,+,+,(1),一阶低通滤波电路,3.有源低通滤波电路uiuoRFuCCR+R1+,19,若频率,为变量，则,电路的传递函数,其模,(,幅频响应）为,幅频特性,0,|,A,u,f,|,|,A,(j,),|,O,若频率 为变量，则电路的传递函数其模(幅频响应）为 幅,20,当,0,时，,|,A,(j,)|,衰减很快,显然，电路能使低于,0,的信号顺利通过，衰减很小，而使高于,0,的信号不易通过，衰减很大，,称一 阶有源低通滤波器。,一阶,二阶,幅频特性,0,|,A,u,f,|,|,A,(j,),|,O,一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢,(-20dB/,十倍频程,),，一般用在对滤波要求不高的场合。为了改善滤波效果，使,0,时信号衰减得更快些，常将两节,RC,滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。,当 0时，|A(j)|衰减很快 显,21,(2),二阶低通滤波电路,(2)二阶低通滤波电路,22,对于滤波电路，有,得滤波电路传递函数,（二阶）,对于滤波电路，有得滤波电路传递函数（二阶）,23,令,称为,通带增益,称为,特征角频率,称为,等效品质因数,则,滤波电路才能稳定工作。,注意：,令称为 通带增益称为 特征角频率称为 等效品质因数则滤波电路,24,4.,有源高通滤波电路,(1),一阶高通滤波电路,u,i,u,o,R,F,C,R,+,+,R,1,+,+,（低通滤波器中,R,、,C,位置互换即可）,4.有源高通滤波电路(1)一阶高通滤波电路uiuoRF,25,可见，电路使频率大于,0,的信号通过，而小于,0,的信号被阻止，称为,有源高通滤波器,。,若频率,为变量，则,电路的传递函数,其模为,幅频特性,0,|,A,u,f,|,|,A,(j,),|,O,可见，电路使频率大于0 的信号通过，而小于0,26,(2),二阶高通滤波电路,(2)二阶高通滤波电路,27,可由低通和高通串联得到,必须满足,低通截止角频率,高通截止角频率,5.,有源带通滤波电路,可由低通和高通串联得到必须满足低通截止角频率高通截止角频率5,28,例,:,例:,29,可由低通和高通并联得到,必须满足,6.,有源带阻滤波电路,可由低通和高通并联得到必须满足6.有源带阻滤波电路,30,6.,有源滤波电路设计方法,（,1,）关于滤波器类型的选择,（,2,）级数的选择,主要根据对带外衰减特殊性的要求来确定。每一阶低通或高通电路可获得,-20dB,每十倍频程的衰减。,（,3,）运放的选择,在无特殊要求的情况下，可选用通用型运算放大器，运放的开环增应在,80dB,以上。如果滤波器的输入信号较小，例如在,10mV,以下，则选低漂移运放。,6.有源滤波电路设计方法（1）关于滤波器类型的选择（2）级,31,一般设计滤波器时都要给定截止频率,fc(c),、带内增益,Av,，以及品质因数,Q,（二阶低通或高通一般为,0.707,）。在设计时经常出现待确定其值的元件数目多于限制元件取值的参数之数目，因此有许多个元件均可满足给定的要求，这就需要设计者自行选定某些元件值。,一般从选定电容器入手，因为电容标称值的分档较少，电容难配，而电阻易配，,可根据工作频率范围按照表,1,初选电容值。,f,(110)Hz,（,1010,2,）,Hz,（,10,2,10,3,）,Hz,（,110,）,KHz,（,1010,2,）,KHz,（,10,2,10,3,）,KHz,C,(2010)F,（,100.1,）,uF,（,0.10.01,）,uF,（,10,4,10,3,）,pF,（,10,3,10,2,）,pF,（,10,2,10,）,pF,表,1,滤波器工作频率与滤波电容取值的对应关系,（,4,）元器件的选择,一般设计滤波器时都要给定截止频率fc(c)、带内增益Av,32,例：试用集成运放设计一截止频率,f,c,=100Hz,的二阶低通巴特沃斯滤波器，要求：（,1,）选择运放；（,2,）选择和计算全部电阻、电容参数。,设计步骤：,（,1,）选择运放：选择通用型运放，,如,LF412,例：试用集成运放设计一截止频率fc=100Hz的二阶低通巴特,33,（,2,）选择电容器容量，计算电阻阻值,f,(110)Hz,（,1010,2,）,Hz,（,10,2,10,3,）,Hz,（,110,）,KHz,（,1010,3,）,KHz,（,10,2,10,3,）,KHz,C,(2010)F,（,100.1,）,uF,（,0.10.01,）,uF,（,10,4,10,3,）,pF,（,10,3,10,2,）,pF,（,10,2,10,）,pF,参考此表，可选,C,1,=C,2,=0.33uF,由,得,选择标准电阻,R=4.7,千欧,（2）选择电容器容量，计算电阻阻值f(110)Hz（10,34,阶数,n,2,4,6,8,增益,G,一级,1.586,1.152,1.068,1.038,二级,2.235,1.586,1.377,三级,2.483,1.889,四级,2.610,表,2,巴特沃斯低通、高通电路阶数,n,与增益,G,之关系,由表,2,可知：,2,阶巴特沃斯滤波器增益为,A,0,=A,VF,=1.586,若取,R,1,=68,千欧，则,R,f,=,（,A,VF,-1)R,1,=39.8,千欧,阶数n2468增益G一级1.5861.1521.0681.0,35,直流稳压电源设计,小功率直流稳压电源的组成,功能：,把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压,u,4,u,o,u,3,u,2,u,1,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,直流稳压电源设计小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成,36,1.,单相桥式整流电路,(2),工作原理,v,2,正半周，二极管,D,1,、D,3,导通，,D,2,、D,4,截止,，,在负载电阻上得到正弦波的正半周。,反之，,二极管,D,2,、D,4,导通，,在负载电阻上得到正弦波的负半周。,(3),工作波形,(1),电路结构,1.单相桥式整流电路(2)工作原理 v2 正半,37,(4),参数计算,(3),流过每管电流平均值,I,D,(4),每管承受的最高反向电压,V,DRM,(1),整流电压平均值,V,o,（即负载上输出平均电压）,(2),整流电流平均值,I,o,（流过负载的,平均电流,）,(4)参数计算(3)流过每管电流平均值 ID(4)每,38,(5),整流二极管的选择,平均电流,I,D,与最高反向电压,V,DRM,是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足：,I,OM,I,D,，,V,RWM,V,DRM,(5)整流二极管的选择 平均电流 ID 与最高反向电压,39,2.,电容滤波器,(1),电路结构,(2),工作原理,v,2,正半周时，当,v,2,v,C,时，二极管D,1,D,3,导通，,电源在给负载,R,L,供电的同时也给电容充电，,v,C,增加，,v,o,=,v,C,。,v,2,负半周时，当,|,v,2,|,v,C,时，二极管D2D4导通。,(3),工作波形,v,o,v,t,O,t,O,2.电容滤波器(1)电路结构(2)工作,40,(,T,电源电压的周期,),近似估算取：,V,o,=1.2,V,2,(,桥式）,(4),参数计算,(T 电源电压的周期)近似估算取：Vo=1.2,41,3.,稳压电路,+,U,I,R,L,+,C,I,O,U,O,+,+,u,I,R,R,D,Z,I,z,限流调压,稳压电路,（1,）稳压管稳压,3.稳压电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZI,42,（2,）集成稳压芯片稳压,单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。,最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。,1.,分类,XX,两位数字为输出电压值,三端稳压器,输出固定电压,输出可调电压,输出正电压,78XX,输出负电压,79XX,（,1.25 37 V,连续可调）,（2）集成稳压芯片稳压单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,43,2.,外形及引脚功能,W7800,系列稳压器外形,1,输入端,3,公共端,2,输出端,78xx,W7900,系列稳压器外形,1,公共端,3,输入端,2,输出端,79xx,塑料封装,2.外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1输入端3,44,输入与输出之间的电压不得低于,3V,！,3.,三端